吸收式制冷机组

溴化锂吸收式制冷机是以溴化锂溶液为吸收剂，以水为制冷剂，利用水在高真空下蒸发吸热达到制冷的目的。为使制冷过程能连续不断地进行下去，蒸发后的冷剂水蒸气被溴化锂溶液所吸收，溶液变稀，这一过程是在吸收器中发生的，然后以热能为动力，将溶液加热使其水份分离出来，而溶液变浓，这一过程是在发生器中进行的。发生器中得到的蒸汽在冷凝器中凝结成水，经节流后再送至蒸发器中蒸发。如此循环达到连续制冷的目的。从吸收器出来的溴化锂稀溶液，由溶液泵(即发生器泵)，升压经溶液热交换器，被发生器出来的高温浓溶液加热温度提高后，进入发生器。在发生器中受到传热管内热源蒸汽加热，溶液温度提高直至沸腾，溶液中的水份逐渐蒸发出来，而溶液浓度不断增大。单效溴化锂吸收式制冷机的热源蒸汽压力一般为0.098MPa(表压)。发生器中蒸发出来的冷剂水蒸气向上经挡液板进入冷凝器，挡液板起汽液分离作用，防止液滴随蒸汽进入冷凝器。冷凝器的传热管内通入冷却水，所以管外冷剂水蒸气被冷却水冷却，冷凝成水，此即冷剂水。积聚在冷凝器下部的冷剂水经节流后流入蒸发器内，因为冷凝器中的压力比蒸发器中的压力要高。如：当冷凝器温度为45℃时，冷凝压力为9580Pa(71.9mmHg)；蒸发温度为5℃时，蒸发压力872Pa(6.45mmHg)。U冷剂水进入蒸发器后，由于压力降低首先闪蒸出部分冷剂水蒸气。因蒸发器为喷淋式热交换器，喷淋量要比蒸发量大许多倍，故大部分冷剂水是聚集在蒸发器的水盘内的，然后由冷剂水泵升压后送入蒸发器的喷淋管中，经喷嘴喷淋到管簇外表面上，在吸取了流过管内的冷媒水的热量后，蒸发成低压的冷剂水蒸气。由于蒸发器内压力较低，故可以得到生产工艺过程或空调系统所需要的低温冷媒水，达到制冷的目的。例如蒸发器压力为872Pa时，冷剂水的蒸发温度为5℃，这时可以得到7℃的冷媒水。蒸发出来的冷剂蒸汽经挡液板将其夹杂的液滴分离后进入吸收器，被由吸收器泵送来并均匀喷淋在吸收管簇外表的中间溶液所吸收，溶液重新变稀。中间溶液是由来自溶液热交换器放热降温后的浓溶液和吸收器液囊中的稀溶液混合得到的。为保证吸收过程的不断进行，需将吸收过程所放出的热量由传热管内的冷却水及时带走。中间溶液吸收了一定量的水蒸气后成为稀溶液，聚集在吸收器由上述循环工作过程可见，吸收式制冷机与压缩式制冷机在获取冷量的原理上是相同的，都是利用高压液体制冷剂经节流阀(或U型管)节流降压后，在低压下蒸发来制取冷量，它们都有起同样作用的冷凝、蒸发和节流装置。而主要区别在于由低压冷剂蒸汽如何变成高压蒸汽所采用的方法不同，压缩式制冷机是通过原动机驱动压缩机来实现的，而吸收式制冷机是通过吸收器，溶液泵和发生器等设备来实现的。从吸收器出来的稀溶液温度较低，而稀溶液温度越低，则在发生器中需要更多热量。自发生器出来的浓溶液温度较高，而浓溶液温度越高，在吸收器中则要求更多的冷却水量。因此设置溶液交换器，由温度较高的浓溶液加热温度较低的稀溶液，这样既减少了发生器加热负荷，也减少了吸收溴化锂吸收式制冷机除了上述冷剂水和溴化锂溶液两个内部循环外，还有三个系统与外部相联，这就是：①热源系统；②冷却水系统；热源蒸汽(或热水)通入发生器，在管内流过，加热管外溶液使其沸腾并蒸发出冷剂蒸汽，在吸收器中溶液吸收来自蒸发器的低压冷剂蒸汽，是个放热过程。为使吸收过程连续进行下去，需不断加以冷却。在冷凝器中也需冷却水，以便将来自发生器的高压冷剂蒸汽变成冷剂水。冷却水先流经吸收器后，再流过冷凝器，出冷凝器的冷却水温度较高，一般是通入冷却水塔，降温后再来自用户的冷媒水通入蒸发器的管簇内，由于管外冷剂水的蒸发吸热，使冷媒水降温。制冷机的工作目的是获得低温(如7℃)的冷媒水，冷媒水就是冷量的媒体。压缩机的作用是把压力较低的冷剂蒸汽变成压力较高的冷剂蒸汽。所以，只要能将压力较低的冷剂蒸汽变成压力较高的冷剂蒸汽的部件都可取代压缩机。下面就是一例。我们都知道，食盐在夏天的时候容易吸收空气中的水蒸汽而变得比较潮湿。这也是一般盐类所具有的性质。溴化锂也是一种盐，它也有吸收水蒸汽的能力，且其吸收水蒸汽的能力远大于食盐。不但固态的溴化锂能吸收水蒸汽，浓度较高的溴化锂水溶液（以下简称溴化锂溶液）也具有较强的吸收水蒸汽的能力。溴化锂溶液所处的容器压力较低且水蒸汽的分压力较高时，溴化锂溶液的吸收能力较强。吸收水蒸汽后，溴化锂溶液的浓度变低，需浓缩后才能循环使用。浓缩可在一个压力和温度都较高的容器中进行。而浓缩时又产生一定数量的水蒸汽。所以，溴化锂溶液可在低压下吸收水蒸汽，而在高压下产生水蒸汽。也就是说，溴化锂溶液有把低压水蒸汽变成高压水蒸汽的能力。因此，溴化锂溶液可把低压制剂蒸汽变成高压冷剂蒸汽从而取代压缩机。吸收水蒸汽的容器叫作吸收器。产生水蒸汽的容器叫作发生器。图1.5.1为溴化锂溶液可把低压水蒸汽变成高压水蒸汽从而取代压缩机的原理图。在吸收器中吸收了水蒸汽的浓溶液变成了稀溶液，由溶液泵送至发生器，由其中的高温蒸汽加热沸腾浓缩，并产生温度较高的高压冷剂蒸汽，稀溶液的浓度也变高，浓缩后的浓溶液经节流阀送至吸收器，吸收来自蒸发器的低压冷剂蒸汽，从而达到了把低压冷剂蒸汽变成高压冷剂蒸汽，取代压缩机的目的（参见第2.1节，第2.2节，第2.3节）。图1.5.1吸收器和发生器取代压缩机的原理图在吸收式制冷机中，溶液的循环是至关重要的。因为它是用溶液的浓缩和吸收而使低压蒸汽变成高压蒸汽，从而取代压缩机的的关键问题所在。在溴化锂吸收式制冷机中，发生器和吸收器中起到上述作用的是溴化锂溶液，它的吸收水蒸汽的能力很强。吸收式制冷机的溶液循环原理如图2.2.1所示。图2.2.1吸收式制冷机的溶液循环在吸收器中吸收了低压水蒸汽的溴化锂溶液浓度变小，温度也较低，被溶液泵送往使之浓缩的发生器中，被管内流动的高压工作蒸汽加热至对应压力下的沸点，使之沸腾并产生冷剂蒸汽，因发生器中的压力较高，所以冷剂蒸汽的压力也较高，也就是说通过泵的升压和工作蒸汽的加热，使低压蒸汽的压力升高。溶液沸腾产生出冷剂蒸汽后，浓度和温度都有所升高，又具有了吸收水蒸汽的能力。因发生器中的压力比吸收器中的压力要高得多，故在送往吸收器中让其吸收水蒸汽时必须通过节流阀降压。在吸收器中，溶液被喷淋在内通冷却水的传热管管簇上，因溶液在吸收水蒸汽时要放出大量的吸收热，故需大量的冷却水进行冷却，实验和理论都表明，溶液的浓度越高、温度越低，吸收水蒸汽的能力就越强，所以，在实际中，要努力提高其浓度、降低其温度，但要注意避免因浓度过高、温度过低而结晶。图2.2.2有溶液热交换器的吸收式制冷机的溶液循环另外，从图中不难看出，一方面稀溶液温度较低，送往发生器后需消耗能量对其加热；而另一方面，浓溶液的温度较高，在吸收器中需冷却才能有较强的吸收水蒸汽的能力，所以，如能使浓溶液和稀溶液进行热交换，无疑可提高机组的性能系数。因此，在实际的溴化锂吸收式制冷机中，一般都设有溶液热交换器（如图2.2.2所示）。在溶液热交换器中，稀溶液在管内流动，而浓溶液的管外（壳程）流动，从而达到热交换的目的。溴化锂吸收式制冷机中的制冷剂就是水。水在制冷循环中状态不断改变，并利用其在蒸发时的吸热而产生制冷的。首先，从发生器中产生的高压冷剂蒸汽在冷凝器中被冷却水冷凝成冷剂水。因其压力较高，故通过一个节流阀送入蒸发器，在蒸发器中吸收管内冷媒水的热量而蒸发，蒸发后的冷剂蒸汽压力较低，通过挡水板送入吸收器以被较浓的溴化锂溶液吸收，而后又在发生器产生出压力较高的冷剂蒸汽，从而完成循环。在溴化锂吸收式制冷机中，蒸发器中的压力非常低，以至于水在5℃时即达到饱和而蒸发，在蒸发时吸收管内冷媒水的热量而使其温度降低，从而达到制冷的目的。一般而言，冷媒水进蒸发器的温度为12℃，放热后温度降低到7℃，由冷媒水泵送给用户使用。图2.3.1吸收式制冷机的制冷剂循环近几年来，溴化锂吸收式制冷机发展的非常迅速，新机型、新结构不断出现，目前已有许多型式，既有用于普通空调的溴化锂冷水机组，又有用于各种工业过程的专用制冷机组。按其工作原理分，可分为单效溴化锂吸收式制冷机组和双效溴化锂吸收式制冷机组；按其能源种类分，可分为利用废热、废汽、高温热水以及低品位蒸汽(0.1MPa、0.25MPa、0.4MPa、0.6MPa)加热的制冷机组和直接燃油、燃气、燃煤的直燃式溴化锂吸收式制冷机组；按其输出方式分，可分为制取冷水的制冷机组以及同时制标准的单效溴化锂吸收式制冷机，一般是以0.1MPa的低压蒸汽或75℃以上的热水作为驱动热源的。它的优点是体积小、结构紧凑、操作简单、使用热源的品位较低、造价便宜，但其性能系数较低，一般只有0.7左右。由于它是溴化锂吸收式制冷机的基础，其他机组都是在此基础之上发1)发生器其作用是使从吸收器来的稀溶液沸腾浓缩，产生冷剂蒸汽和浓溶液；2)冷凝器3)蒸发器其作用是使冷剂水蒸发吸热，供出低温冷媒水4)吸收器5)溶液热交换器其作用是使从吸收器来的低温稀溶液和从发生器来的高温浓溶液之间6)其他装置主要有使溶液和冷剂水循环的溶液泵和冷剂水泵，抽出机内不凝气体并产生从溴化锂吸收式制冷机的原理可知，发生器和冷凝器的压力较高，而吸收器和蒸发器的压力较低，因此，通常把发生器和冷凝器布置在一个空间内，而把吸收器和蒸发器布置在另一个空间内。又由于溴化锂吸收式制冷机工作时处于高真空状态下，因此都把它的外壳设计成圆筒形结构。把高压部分布置在上方，低压部分布置在下方，中间用溶液槽隔开，如图3.3.1所示。图3.3.1单效溴化锂吸收式制冷机的结构型式溴化锂吸收式制冷机是以蒸汽为动力，以水及水蒸汽为制冷剂、以溴化锂溶液为吸收剂的制冷设备，主要制取5～10℃的冷水，可作为大型中央空调及工艺用冷的冷源。双效溴化锂吸收式制冷机主要由高压发生器、低压发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、高温溶液热交换器、低温溶液热交换器、凝水热交换器等传热传质原件组成，另外，为了能使溶液和冷剂水进行循环，还配有溶液泵和冷剂水泵和其他必要的组件。根据溶液循环方式的不同，双效溴化锂吸收式制冷机可分为串联循环式和并联循环式两种。下面以串联循环的蒸汽双效溴化锂吸收式制冷机为例来介绍溴化锂吸收式制冷机的工作和循环原理（图4.2.1）：图4.2.1双效溴化锂吸收式制冷机循环原理1溶液循环泵2高压发生器3低压发生器4冷凝器5吸收器6高温溶液热交换器7低温溶液热交换器8凝水热交换器9蒸发器外界引入的0.5～0.7Mpa的工作蒸汽通过调节阀门进入高压发生器的传热管内，加热高压发生器1中传热管外的溴化锂稀溶液，使之沸腾并释放出冷剂蒸汽。稀溶液蒸发出部分冷剂蒸汽后浓缩成浓度较高的中间溶液。蒸发出的冷剂蒸汽积聚在冷剂蒸汽集箱中，仍具有较多的潜能，被送往低压发生器2的管内进一步使用。同时，浓缩后的中间溶液经高温溶液热交换器6放出部分热量后也被送往低压发生器的传热管外进一步加热浓缩。由高压发生器中稀溶液蒸发产生的冷剂蒸汽通过管道送入低压发生器2的传热管内，加热由经高压发生器初步浓缩的传热管外的中间溶液；因低压发生器中的压力较低（绝对压力只有8kPa左右），所以在温度较低的冷剂蒸汽的加热下，管外的中间溶液仍能沸腾并产生冷剂蒸汽；同时，中间溶液得到进一步浓缩。管内的冷剂蒸汽因放热而冷凝成冷剂水，从冷剂水出口流向冷凝器4；同时，低压发生器中产生的冷剂蒸汽也被送往冷凝器。而浓缩后产生的浓溶液则经低温溶液热交换器7放热后送往吸收器5。在冷凝器4中，管内流动的是冷却水将低压发生器产生的冷剂蒸汽冷凝，与低压发生器管内流出的冷剂水混合后经节流管，节流降压后送往压力较低的蒸发器。在冷凝器中设有挡液板，其作用是防止低压发生器产生的蒸汽中所含的溴化锂溶液液滴进入冷凝器，污染冷凝器中的冷剂水。蒸发器9是溴化锂吸收式制冷机中制冷的关键部件。其传热管内流动的是从用户供冷设备而来的温度较高（一般为12℃）的冷水（称为冷媒水），而管外的压力很低，其绝对压力只有870帕左右，水在如此之低的压力下的饱和温度只有5℃，所以从冷凝器而来的冷剂水在该环境下立即蒸发成冷剂蒸汽，在蒸发过程中吸收管内冷媒水的热量，使冷媒水温度降低到7℃供给用户。蒸发产生的冷剂